Monitoring geoelektryczny środowiska hydrogeologicznego ( zastosowanie sondowania elektrooporowego)

1. Opis problemu - cel.

1. Przeanalizowanie możliwości wykorzystania sondowania elektrooporowego do badania oporności wody podziemnej.

2. Analiza predyspozycji zastosowania sondowania elektrooporowego do pomiarów oporności wody podziemnej.

3. Rozpatrzenie możliwości zastosowania metody sondowania elektrooporowego przy obserwacji oporności wody podziemnej.

1. Opis realizacji problemu/rozwiązania.

Na badanym obszarze występują wapienie skaliste, które tworzą warstwę nieprzepuszczalną oraz wychodnie, na której usytuowane jest składowisko odpadów. Na wapieniach leży warstwa piasków, w której znajduje sie poziom wodonośny. Wapienie znajdujące się pod wysypiskiem uległy spękaniu dlatego źle zabezpieczone odcieki z wysypiska wraz z wodą deszczową docierają do warstwy wodonośnej znajdującej sie piaskach. Sytuacja przedstawiona jest na rysunku poniżej.

Tutaj wykonuje się rysunek

Aby wykonać poprawnie projekt musiałem się dowiedzieć paru podstawowych rzeczy , przede wszystkim jak mineralizacja oraz temperatura wpływa na oporność wody. W tym celu przeprowadzono eksperyment opisany dokładnie w załączniku nr 1. Po otrzymaniu wyników w formie tabelki, w której oporności są przyporządkowane odpowiadającym im mineralizacjom w danych temperaturach wykreśliłem trzy wykresy znajdujące się w załączniku nr 2. Opis do wykresów znajduje się w załączniku nr 1. Dodatkowo wykonałem jeszcze jeden wykres na papierze bilogarytmicznym przedstawiający dane z uzyskane w czasie eksperymentu, podpisany jako załącznik nr 3.

Pomiary były wykonywane w temperaturach 0 i 20 st C jednak w danych do zadania otrzymałem temperaturę, dla której eksperyment nie był przeprowadzany. Dlatego też t musiałem przeliczyć oporności względem temperatury referencyjnej czyli takiej, która występowała w czasie eksperymentu na temperaturę zadaną w zestawie danych.( 8st C) W osiągnięciu tego celu pomógł mi następujący wzór:

tutaj pisze owy wzór roT/roT _ref=1/(1+alfa *delta T) – w praktyce jest to 0,83 odczytane z wykresu w kształcie T

Dodatkowo wyznaczyłem wykres zależności stosunku oporności w temperaturze zadanej do oporności w temperatury referencyjne względem różnicy temperatur, który dołączono jako załącznik nr 4.

Następnie otrzymałem tabelkę z danymi oznaczoną jako zestaw B-22. Dla uproszczenia obliczeń przyjąłem model budowy ośrodka bazujący na założeniu, że piasek składa sie z tych samych ziaren zarówno pod względem budowy chemicznej jak i morfologii. Model ten nazywany jest także jako model Maxwella. Napisac o tych k=0.48 i k=0.26 Przy takich założeniach mogłem skorzystać ze wzoru Maxwella, dzięki któremu mogłem obliczyć oporność warstwy wodonośnej. Wzór wygląda następująco:

tutaj pisze owy wzór ro _{warstwy wodonośnej} (3-K/2K) *roT_ref

K=0.23, ro _{T ref} to to, co wcześniej wyliczone

Dodatkowo sprawdziłem wpływ współczynnika porowatości na wielkość zależności stosunku oporności piasku do wody a stosunkiem oporności warstwy wodonośnej do wody. Wykres wraz z modelem i komentarzem zamieszczono w załączniku nr 5.

Po wyznaczeniu oporności warstwy wodonośnej dla różnych wariantów mineralizacji wynik wraz z pozostałymi danymi poddałem obróbce w programie do modelowania krzywych sondowań. Otrzymałem kolejne rozstawy i przypisane im oporności, które zamieściłem wraz z otrzymanymi danymi dla zestawu B-22 w załączniku nr 6. Na ich podstawie narysowałem krzywe sondowań umieszczone na wykresie w załączniku nr 7. Dodatkowo na załączniku tym zamieściłem modele geoelektryczne obrazujące stan przy danej mineralizacji.

W celu zaobserwowania zmiany wartości oporności pozornych zwiększyłem o 1 g/l mineralizacje dla modelu 1 oraz 4. Dlatego M1' = 1,1 a M4"=13,5. Posłużyłem sie tym samym tokiem obliczeń co wcześniej i otrzymałem, przy pomocy programu rozstawy wraz z przypisanymi im opornościami w formie tabeli, którą umieściłem w załączniku nr 8. Na jej podstawie wykreśliłem w załączniku nr 7 dwie dodatkowe krzywe.

Dodatkowo w celu sprawdzenia jak podłoże wpływa na pomiar oporności warstwy wodonośnej założyłem ilaste podłoże o oporności 10 Om . Wyniki obliczeń w formie tabeli oraz wykres przedstawiający uzyskane krzywe umieściłem w załączniku nr 9.

Korzystając z krzywych w załączniku nr 7 odczytałem minimalne oporności pozorne dla czterech podstawowych modeli. Oporności przeliczyłem dodatkowo na przewodności pozorne. Wyniki zamieściłem w tabelce:

tutaj rysuje tabelkę z zeszytu

Na podstawie tabeli narysowano wykresy oporności i przewodności w zależności od mineralizacji wody które znajdują się w załączniku nr 10.

1. Wnioski.

1. Na oporność wody wpływają zarówno jej mineralizacja jak i temperatura. Ogólnie rzecz ujmując im wyższa temperatura i mineralizacja tym niższa jest oporność

2. Zanieczyszczenie wód podziemnych może bardzo wpłynąć na wygląd krzywych sondowań gdyż widać ogromną różnicę między minimalna opornością dla krzywej modelu pierwszego a krzywą modelu czwartego.

3. Występuje zależność polegająca na tym że im wyższa mineralizacja wody w warstwie tym minimum na krzywej sondowania jest niżej położone.

4. Wielkość zanieczyszczeń znacząco wpływa na wygląd krzywych sondowań gdyż im większa jest ilość zanieczyszczeń tym większa mineralizacja, a co za tym idzie tym niższa jest oporność warstwy powodując w ten sposób, że krzywa sondowania ma mniejsze minimum w swoim przebiegu.

5. Na przykładzie zmiany mineralizacji pierwszej i czwartej można stwierdzić, że zmiany mineralizacji muszą być stosunkowo duże względem mineralizacji początkowej by wywołać znaczącą zmianę w przebiegu krzywej sondowania. Pomimo, że obie mineralizacje zwiększono o 1 g/l to wyraźna zmiana nastąpiła tylko w pierwszym przypadku natomiast w drugim krzywe praktycznie sie pokrywają.

6. Rodzaj podłoża ma duży wpływ na wykrycie zanieczyszczenia. W przypadku wysokooporowych wapieni skalistych w każdym modelu na krzywych sondowań idealnie wyróżniały się trzy warstwy natomiast przy założeniu, że podłożem warstwy wodonośnej były niskooporowe iły, niektóre modele krzywych można było uznać za modele dwuwarstwowe.

7. Zastosowanie sondowań elektrycznych w badaniu zanieczyszczenia wód podziemnych na podstawie wcześniej wymienionych wniosków posiada dużą rację bytu gdyż zanieczyszczenia bardzo dobrze wyróżniają się na krzywych sondowań. Aby dobrze zbadać wielkość zanieczyszczenia trzeba zmierzyć oporność wody przed i po zanieczyszczeniu. Tylko pod takim warunkiem będzie możliwy dokładny monitoring oporności warstwy wodonośnej. Oczywiście trzeba pamiętać że zawsze musimy uwzględniać temperaturę podczas pomiar (najlepiej oczywiście żeby była za każdym razem taka sama).